Nuovi metodi di rilevamento delle onde gravitazionali a frequenza ultrabassa possono essere combinati con altri, misurazioni meno sensibili per fornire nuove intuizioni sullo sviluppo iniziale del nostro universo, secondo i ricercatori dell'Università di Birmingham.

Le onde gravitazionali - increspature nel tessuto dello spaziotempo di Einstein - che attraversano l'universo alla velocità della luce hanno tutti i tipi di lunghezze d'onda, o frequenze. Gli scienziati non sono ancora riusciti a rilevare le onde gravitazionali a frequenze "nanohertz" estremamente basse, ma si prevede che nuovi approcci attualmente in fase di esplorazione confermeranno presto i primi segnali a bassa frequenza.

Il metodo principale utilizza i radiotelescopi per rilevare le onde gravitazionali usando le pulsar:esotiche, stelle morte, che emettono impulsi di onde radio con straordinaria regolarità. Ricercatori della collaborazione NANOGrav, Per esempio, usa le pulsar per cronometrare con precisione squisita i periodi di rotazione di una rete, o matrice, di pulsar al millisecondo, la migliore approssimazione per gli astronomi di una rete di orologi perfetti, diffusa in tutta la nostra galassia. Questi possono essere usati per misurare i cambiamenti frazionari causati dalle onde gravitazionali mentre si diffondono nell'universo.

La domanda su cosa stia producendo questi segnali, però, deve ancora essere determinato. Scienziati dell'Istituto per l'astronomia delle onde gravitazionali dell'Università di Birmingham, sostengono che sarà estremamente difficile stabilire una risposta utilizzando solo i dati degli array di temporizzazione pulsar (PTA).

Anziché, in una lettera pubblicata oggi in Astronomia della natura, suggeriscono che combinando questi nuovi dati con le osservazioni fatte da altri progetti come la missione Gaia dell'Agenzia spaziale europea, aiuterà a sbrogliare e interpretare i diversi segnali che ancora persistono dai primi periodi del nostro universo.

La teoria principale per le onde gravitazionali a frequenza ultrabassa è che sono causate da una popolazione di buchi neri supermassicci al centro delle galassie che si fondono. Mentre le galassie si fondono, i loro buchi neri centrali si accoppiano, formare binarie e generare onde gravitazionali. In questo caso, un rilevamento delle onde gravitazionali da parte del PTA offrirebbe nuovi entusiasmanti modi per studiare l'astrofisica dell'assemblaggio e della crescita delle galassie.

Ma ci sono anche altre possibilità. Le onde gravitazionali a nanohertz potrebbero raccontare la storia del nostro universo infantile, ben prima che si formino galassie e buchi neri. Infatti, è stato suggerito che segnali di onde gravitazionali a frequenza estremamente bassa potrebbero invece essere generati poco dopo il big bang da altri processi; per esempio se l'Universo subisse quella che i fisici chiamano transizione di fase alla temperatura corretta.

Autore principale, Dottor Christopher Moore, ha dichiarato:"I primi indizi di un segnale di onde gravitazionali che utilizzano array di temporizzazione pulsar potrebbero essere stati visti di recente da NANOGrav e prevediamo che i prossimi anni saranno un'età dell'oro per questo tipo di scienza. La varietà di spiegazioni per questi segnali è eccitante , ma anche un labirinto. Abbiamo bisogno di un modo per distinguere le diverse possibili fonti l'una dall'altra. Attualmente, questo è estremamente difficile da fare con i soli dati dell'array di temporizzazione delle pulsar."

Il co-autore, il professor Alberto Vecchio, ha dichiarato:"Gli array di temporizzazione Pulsar possono offrire intuizioni senza precedenti su antichi processi cosmologici. Sviluppare metodi sofisticati per interpretare queste intuizioni significherà che possiamo veramente iniziare a capire come si è formato e ha preso forma il nostro universo".